高传染性疾病患者呼吸频率检测的应用

高传染性疾病患者呼吸频率检测的应用

1呼吸频率检测技术呼吸频率是人体的三个症状之一。在生活中的各个领域中，呼吸频率的检测设备通常用于监测呼吸频率。在不同时期，我们可以理解呼吸频率在医学中的重要作用。在对感染高传染性疾病的人群进行呼吸频率检测时,医务人员属于高危易感染人群。因此,要尽量减少医务人员与此类病人的接触。常用的呼吸频率检测方法有:接触式测量、非接触式测量。接触式测量方法主要有:应变片式、热敏电阻式;非接触式测量方法主要有:超声多普勒呼吸频率检测。在对具有高传染性的感染群体治疗中,如果采用接触式检测方法,需要医疗人员与病人直接接触,这样就会给医疗人员带来极大的传染风险。如果采用非接触式检测方法,超声多普勒呼吸频率检测又只能近距离检测,同样也会给医疗人员带来极大的传染风险。针对以上存在的问题,本文提出了一种基于AT90S8535单片机的无线传输的呼吸频率检测计的设计方案。利用热敏电阻设计了一种硬件接口电路,通过电桥检测每次呼出气体的热量。通过无线传输方式将温度信息传送给接收装置,是一个良好的解决方案。2系统的组成和工作原则2.1系统组成本系统主要由以下四部分组成:检测单元、数据处理单元、显示单元和报警单元。其框图如图1所示。2.2桥式检测电路检测单元采用了桥式电路,并且采用了由TL431构成的精密恒定电压源为电路供电,精密的恒定电压源经分流并由精密的电阻分压得到10V后再送给桥式检测电路。此桥式电路通过热敏电阻感知呼吸气体的温度与环境温度是否相同来提供输出的微弱的模拟信号(电压)。经运算放大电路放大,再由发射电路发射出去。外部首先通过相应频率的接收电路接收,接收到的数据通过中断的方式交由微控器AT90S8535,微控制器根据数据采样到的温度信号幅度来确定温度,处理后的数据传输给显示单元及报警单元。3系统硬件设计3.1试验装置的设计它主要由温度传感器、直流电桥电路、放大电路、发射电路、天线等组成。(1)测温铂电阻传感器作为检测单元的关键组成部分,对整个系统的准确度起着重要作用。热敏电阻选用Pt1000测温铂电阻,其测温范围为-50℃~250℃、在0℃时阻值为1000Ω、精度为±(0.15+0.002t)、0℃时阻值允许偏差为±0.06Ω,它的电阻温度系数的离散度很小,精度最高,灵敏度也较好。为了保证精确的测量,采用了线性化网络的方法对其进行了线性化处理。(2)联电阻替换负载r5直流电桥的原理图如图2所示,R1,R2,R3,R4称为电桥的桥臂,R5为其负载。并联补偿的线路电路是用并联电阻替换负载R5。当电桥平衡时,R1R4=R3(RC//RT),电压U=0,这时对应某一个温度T0。当温度变化时,RT将变化,使得电桥失去平衡,电压U不等于0,输出的电压值就对应了变化的温度值。本设计中,用两个Pt1000测温铂电阻代替R2和R4,分别测得呼吸气体的温度和环境温度。从而得出微弱的模拟电压信号。(3)lm338单次放大电路由于传感器输出电压很小,必须采用高灵敏度的差动运放。放大器选择LM358型运算放大器,内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器。LM358具有很高的输入共模电压和输入差模电压范围、具有失调电压调整能力和短路保护功能、功耗较低、电源电压适合范围较宽等特点。放大电路如图3所示,前级两个放大器的失调电压量值和方向相同,可以互相抵消,有效的完成了对微弱信号的放大。经过长期的使用证明,此电路工作十分可靠。3.2次发射,保证信号传输为了能够实现信号的远距离传输,使医护人员远离感染病人,同时又能实现信号的保真传输,保证信号质量。在该数据处理单元中,无线传输采取了二次发射方式,有效可靠地保证了信号传输的距离及质量。其结构如图4所示。(1)次发射单元系统工作时二次接收单元首先被设置为发射模式,并向二次发射单元发出询问信号。该询问信号的有效数据为地址码。而二次发射单元首先被设置为接收模式。当收到询问信号后,通过计算来判断该地址码是否有效。若无效,则继续工作在接收模式等待。若有效,则立刻通过程序改变自己的工作模式,变为发射模式,然后将温度信号通过TFR6900和发射天线发射出去。这时,二次接收单元已处于接收等待状态,接收到信号后,经过放大、变频、解调处理后,将温度信息还原。(2)同步帧格式trf2900为了实现无线数据通信,必须根据无线传输的一般要求和采用的无线传输收发模块芯片的特殊要求来设计一套传输协议。由于异步传输效率低,一帧只能传输一个字节,加之TRF6900不支持异步数据格式,所以采用同步帧格式。首先必须发送一个到两个字节的1和0相间隔的位同步码,一方面用来识别一帧有效数据和无效数据,另一方面是TRF6900接收最终输出需要的比较参考电平建立时间的需要。接下来就是一个同步帧码,一般是一个下降沿开始。再下来就是用户要上传的状态信息以及数据信息。最后就是为了保证无线传输的可靠性和高效性必须有检错纠错码。采用通讯中得到广泛适用的CRC循环纠错码,来达到纠错的目的。3.3显示模块设计显示部分采用液晶显示模块LCM046。它是4位多功能通用型8段式液晶显示模块,内含看门狗/时钟发生器,2种频率的蜂鸣驱动电路,内置显示RAM,可显示3个小数点以及任意字段笔划。3—4线接口。低功耗,显示清晰,稳定可靠。使用编程简单,非常适合电池供电的仪器仪表。3.4安全控制设备通过软件设置上限A和下限B,与检测到的呼吸频率X进行比较,当呼吸频率X超出上限A或下限B时,系统将通过报警电路报警。4测定项目的效率本系统采用C语言进行程序设计,大大提高了开发调试工作的效率;同时,所产生的文档资料也容易理解,便于移植。软件设计包括:主程序、数据处理子程序、显示子程序及